重金屬超富集植物及植物修複技術研究進展

作者: 伊人影院科技集團 / 時間: 2019-07-02 02:37:48
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北極星環境修複網訊:據估測, 目前中國受汙染的耕地麵積近2000萬hm 2, 約占耕地總麵積的五分之一, 其中工業“三廢”汙染1000萬hm2 ,農田汙灌麵積已達130 多萬hm2。每年因土壤汙染而減少的糧食產量高達1000萬t, 直接經濟損失達100多億元。土壤重金屬汙染源包括“三廢”的排放, 礦山的開采和冶煉, 化肥和農藥的施用, 城市生活垃圾的排放, 汙水灌溉和汙泥農用等。導致土壤汙染的重金屬主要包括A s、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、M n、N i、Pb、Zn 等, 一般為幾種重金屬的複合汙染。

重金屬汙染土地的治理大致有客土法、石灰改良法、化學淋洗法等。這些方法在汙染土壤的改良和治理方麵雖然具有一定的理論意義, 但在實際應用上往往都存在某些局限。如加入土壤改良劑的沉澱法雖然在一定時期內可以降低土壤溶液中重金屬離子的溶解度, 但同時卻會導致某些土壤營養元素的沉澱; 淋洗法會同時造成營養元素的淋失; 客土法雖效果較好, 但費用昂貴, 難以大麵積工程推廣。近年來發展起來的植物修複技術以其安全、廉價的特點正成為研究和開發的熱點, 以美國環保局公布的Phyto remediat ionbibiliography 為例①, 1977年有關文獻僅7篇, 到1997年已增長到每年214 篇。美國、英國都設立了植物修複公司, 如美國的Edenspace 公司, 專門從事土壤、水體重金屬和放射性元素的植物修複商業化工作, 而國內尚未係統開展這方麵的工作。

1 植物修複技術的產生與發展

1583年意大利植物學家Cesalp ino 首次發現在意大利托斯卡納“黑色的岩石”上生長的特殊植物, 這是有關超富集植物(Hyperaccumulato r) ① 的最早報道。1814 年Desvaux 將其命名為A ly ssum bertolonii (庭薺屬) , 1848 年M inguzzi 和V ergnano 首次測定該植物葉片中(幹重) 富含Ni達7900Lgö g (0179% ) 。以後的研究證明這些植物是一些地方性的物種, 其區域分布與土壤中某些重金屬含量呈明顯的相關性。這些植物作為指示植物在礦藏勘探中發揮了一定的作用。在中國, 利用指示植物找礦的工作也開展較早,如在長江中下遊安徽、湖北的一些銅礦區域分布的E lsholtz ia harchow ensis Sun (海州香薷, 俗稱銅草) 在銅礦勘探中發揮了重要作用。重金屬汙染土壤上大量地方性植物物種的發現促進了耐金屬植物的研究, 同時某些能夠富集重金屬的植物也相繼被發現。1977 年, B rook s 提出了超富集植物的概念; 1983 年Chaney 提出了利用超富集植物清除土壤重金屬汙染的思想。隨後有關耐重金屬植物與超富集植物的研究逐漸增多, 植物修複作為一種治理汙染土壤的技術被提出, 工程性的試驗研究以及實地應用效果顯示了植物修複技術商業化的巨大前景。

2 超富集植物的特點及其地理分布

超富集植物是能超量吸收重金屬並將其運移到地上部的植物。通常, 超富集植物的界定可考慮以下兩個主要因素:①植物地上部富集的重金屬應達到一定的量; ②植物地上部的重金屬含量應高於根部。由於各種重金屬在地殼中的豐度及在土壤和植物中的背景值存在較大差異, 因此, 對不同重金屬, 其超富集植物富集濃度界限也有所不同。目前采用較多的是Baker 和B rook s 1983[14 ]年提出的參考值, 即把植物葉片或地上部(幹重) 中含Cd 達到100Lgö g, 含Co, Cu, N i, Pb 達到1 000Lgö g,M n, Zn 達到10000Lgö g 以上的植物稱為超富集植物。同時這些植物還應滿足S ö R > 1 的條件(S 和R 分別指植物地上部和根部重金屬的含量)。

目前, 世界上共發現有400 多種超富集植物。其中N i 的超富集植物277 種。他們分布在世界少數幾個地區(表1~ 3)。


唐世榮對中國長江中下遊安徽和湖北境內的銅礦區富銅植物E lsholtz ia haichow ensis Sun (海州香薷)、Comm elina comm unis L inn (鴨蹠草) 和R um exacetosa L inn (酸模) 進行了係統的調查研究, 發現酸模、海州香薷和鴨蹠草樣本葉片含銅(幹重) 平均596、157 和102Lgö g。野外這些植物生長的土壤上銅含量為5 000~ 20 000Lgö g, 因此調查結果未能顯示這些植物特殊的超富集能力。應進一步開展這些植物在人工馴化幹預下條件下的富集試驗, 深入揭示這些植物作為超富集植物應用於植物修複的可行性。自1999 年開始對中國中南部一些煉砷區的植被和土地汙染狀況進行了考察、采樣和室內盆栽試驗和化學分析, 首次發現了一種A s 的超富集蕨類植物, 其葉片含A s 高達5 000Lgö g (幹重, 未發表的數據)。同時, 調查還發現在砷汙染嚴重區域生物種群極其單一, 這種超富集蕨類植物生長非常繁盛, 呈族群分布, 調查樣方內幾乎沒有其他植物生長, 每平方米收割的植物地上部鮮種可達316kg, 顯示其具有很大的植物修複潛力。

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